今天,，MES管理的對象無非就是工廠五要素：人、機(jī)、料,、法,、環(huán),。本文要介紹一下MES的標(biāo)準(zhǔn)體系——管理了哪些業(yè)務(wù)要求,。當(dāng)然,，介紹標(biāo)準(zhǔn)體系不僅僅是從業(yè)務(wù)應(yīng)用出發(fā),，也要考量系統(tǒng)功能的實現(xiàn)技術(shù),。
為什么要從兩個方面來闡述MES的標(biāo)準(zhǔn)體系？這是因為是MES前期立項過程中主要考量的兩個方面,。通常企業(yè)的高層首先是決定企業(yè)是不是要上MES,，然后再確定應(yīng)該如何確定需求規(guī)范。需求規(guī)范的整理過程中,，用戶方兩個主要的角色業(yè)務(wù)和IT部門將向高層分別提出“我們需要什么”,。這兩個角色相輔相成，“業(yè)務(wù)驅(qū)動IT,，IT實現(xiàn)業(yè)務(wù)”,。
筆者見過很多企業(yè)在MES選型中因為這兩個主要角色的工作對實施MES項目不甚了解，或者以部門利益考慮,，而為企業(yè)MES系統(tǒng)失敗埋下禍根,。比如，業(yè)務(wù)部門認(rèn)為IT不懂生產(chǎn),，不讓IT參與項目,，結(jié)果往往是業(yè)務(wù)需求范圍的不合理。應(yīng)該是ERP完成的功能放在MES里去解決,，或者是只是片面考慮本部門的狹隘需求,，導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部孤島系統(tǒng)林立。我經(jīng)常聽到客戶說我們這次要上條碼系統(tǒng),、設(shè)備管理系統(tǒng)等等之類的業(yè)務(wù)需求,。反過來，有些企業(yè)的IT部門喜歡越俎代庖，繞過業(yè)務(wù)部門去規(guī)劃MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用,，在不明白需要解決什么問題的情況下,，認(rèn)為把數(shù)據(jù)采集上來開發(fā)一些報表就是實現(xiàn)了MES。我經(jīng)常聽到客戶業(yè)務(wù)部門說那個MES都是IT的人在搞,，我們也不知道干嘛,，只管派人在系統(tǒng)里錄數(shù)據(jù)，我們自己生產(chǎn)管理有自己的手工帳,。還有一種情況是IT的人往往只考慮系統(tǒng)本身的功能,，而忽略了應(yīng)用需求。筆者有時參與所謂的投標(biāo)前技術(shù)交流,，準(zhǔn)備了一大堆關(guān)于對業(yè)務(wù)需求的響應(yīng)方案,。結(jié)果在現(xiàn)場卻發(fā)現(xiàn)幾乎都是IT人員在主導(dǎo)，更關(guān)注的這是什么語言開發(fā)的,、數(shù)據(jù)安全保證的,、大數(shù)據(jù)量時系統(tǒng)的響應(yīng)速度等等純系統(tǒng)功能性方面的問題,，而完全忽略了業(yè)務(wù)應(yīng)用解決方案,。皮之不存、毛將焉附?
所以,，筆者首先從業(yè)務(wù)應(yīng)用層面闡述MES的標(biāo)準(zhǔn)體系,，因為這是根本。
從企業(yè)信息化系統(tǒng)發(fā)展歷史來看,，現(xiàn)有ERP / WMS/ HR等公司級系統(tǒng),，在生產(chǎn)車間對現(xiàn)場管理的要求也是從簡單的滿足ERP報工、提高設(shè)備績效等工具類軟件開始,。經(jīng)過一二十年的實踐總結(jié),，在上世紀(jì)90年代初形成了系統(tǒng)化的理念，并正式命名為MES系統(tǒng),。僅僅從業(yè)務(wù)范圍來看,，軟件系統(tǒng)覆蓋的范圍遠(yuǎn)超過軟件工具。筆者在很多項目上碰到一些MES廠商,，他們往往做了一個追溯系統(tǒng)或者設(shè)備績效管理就號稱提供了MES解決方案,。也有一些ERP廠商和SCADA集成商分別向下向上延伸業(yè)務(wù)范圍，也搖身一變成為MES廠商,。
MES究竟應(yīng)該實現(xiàn)哪些業(yè)務(wù)范圍,，目前國際上遵循的是兩個標(biāo)準(zhǔn)體系，分別是美國的ISA-95和德國的VDI5600標(biāo)準(zhǔn),。兩者實質(zhì)上相同,，只是表述方式上不一致。美國標(biāo)準(zhǔn)是對生產(chǎn)管理進(jìn)行抽象，以IT系統(tǒng)的概念進(jìn)行演繹,，受眾面更多是企業(yè)IT人員,。德國標(biāo)準(zhǔn)的闡述方式更是接近實際生產(chǎn)業(yè)務(wù)的管理邏輯，受眾面更多是業(yè)務(wù)部門,。筆者希望首先是讓生產(chǎn)人員清晰明白MES應(yīng)該管理的業(yè)務(wù)范圍究竟有哪些,，故而在本文中選擇闡述德國標(biāo)準(zhǔn)。
VDI5600把制造管理分成三大區(qū)域：生產(chǎn),、質(zhì)量和人員,。
【生產(chǎn)管理】
其中生產(chǎn)管理是MES的核心業(yè)務(wù)，它回答了什么時候,、做什么,、如何做和誰來做？
工單管理是整個MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用基石,，在MES中所有的數(shù)據(jù)都是與工單進(jìn)行交叉關(guān)聯(lián)的,，產(chǎn)生對應(yīng)的控制、計劃,、統(tǒng)計和分析等相關(guān)的應(yīng)用,。工單，顧名思義是工作任務(wù),。一個工單基本的信息是加工什么產(chǎn)品(或零件),、多少數(shù)量和加工時間。工單管理的基本要素是時間和數(shù)量,。其中時間可以包括生產(chǎn)時間,、等待時間、換線時間,、工序周轉(zhuǎn)時間等等,，而數(shù)量可以是良品量、不良品量,、報廢品,、欠交品等等。在生產(chǎn)過程中,，工單的時間和數(shù)量被不斷采集,，在MES中通過數(shù)據(jù)處理，形成了豐富的管理信息,。如筆者在上一篇所述,，MES中的信息呈現(xiàn)是分三個層面的，即實時生產(chǎn)監(jiān)控,、歷史績效統(tǒng)計和原因分析,。因此,，工單信息的呈現(xiàn)也必須包含實時的工單作業(yè)狀態(tài)(開始、完成,、中斷或取消),、工單作業(yè)進(jìn)度(產(chǎn)出、未結(jié),、剩余加工時間);歷史統(tǒng)計包含工單的良品率,、時間利用率、交期達(dá)成率等;當(dāng)績效指標(biāo)有偏差時,，可以分析相關(guān)原因,，比如通過工單作業(yè)時間成本分析，可以了解到每個產(chǎn)品優(yōu)的生產(chǎn)成本是多少,，沒有達(dá)到生產(chǎn)成本的是由于計劃不合理還是設(shè)備績效差,，甚至不同班次員工造成的。從而為管理層提供決策依據(jù),，對生產(chǎn)優(yōu)化對癥下藥,。
設(shè)備是重要的生產(chǎn)資源，對于管理層而言關(guān)注“我的高價值設(shè)備是否發(fā)揮出高價值應(yīng)用”,。設(shè)備績效管理兩個要素：狀態(tài)和速度,。首先是設(shè)備有多少時間處于增值的生產(chǎn)狀態(tài)，即為企業(yè)“印鈔”的時間有多少,。以一臺車床為例,，假設(shè)一公斤的鋼棒是10元,，經(jīng)過一次切削加工,，賣出去就是15元。這5元的增值只是發(fā)生在設(shè)備處于“切削”加工狀態(tài)下完成的,，而設(shè)備在其他狀態(tài)都是非增值時間,。其次是設(shè)備在增值狀態(tài)下的生產(chǎn)速度，即產(chǎn)出數(shù)量,。同樣,，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后形成的有效信息也按三個層次呈現(xiàn)：即實時的設(shè)備狀態(tài)和產(chǎn)出;歷史統(tǒng)計包括設(shè)備效率、OEE等;可以分析設(shè)備停機(jī)原因,，以便有效制定整改措施,。
既然已經(jīng)知道工單的時間情況，并掌握設(shè)備產(chǎn)能,，這時可以考慮有限產(chǎn)能計劃,。許多客戶在提MES需求時總是說需要自動排產(chǎn)，但是無法提出明確的排產(chǎn)規(guī)則,。事實上,，由于各種生產(chǎn)資源的約束,，沒有滿足所有約束條件的排產(chǎn)結(jié)果，只有合適的,。比如,，上海到北京的交通方式，可以是坐飛機(jī),、高鐵,、普快、自駕甚至騎摩托車,，你無法說哪個是方式,，而是考慮相應(yīng)的約束條件，到底是追求不晚點還是便宜,?？傊谲囬g排產(chǎn)的世界里,，沒有“既要馬兒不吃草,，又要馬兒跑得快”的優(yōu)化規(guī)則，而是選擇約束條件并制定權(quán)重,。由于提高設(shè)備利用率的直接結(jié)果就是增加“增值生產(chǎn)時間”,，因此往往考慮的第一個維度是在滿足交付期的情況下實現(xiàn)設(shè)備利用率大化。
高級排產(chǎn)的第二個約束維度是物料的可用性,，尤其是在離散制造多工序之間,，由于排產(chǎn)不合理，導(dǎo)致許多在制品在工序間“睡覺”(等待),，延長了制造周期,。因此，生產(chǎn)物流管理的要素是物料的位置和數(shù)量,，其給出的信息是什么物料,，什么時候，需要多少數(shù)量,，從什么位置移動到什么位置,，是合理的。
而物料管理還有重要的一項業(yè)務(wù)需求就是跟蹤追溯,，在許多制造領(lǐng)域是強(qiáng)制性的要求,，相當(dāng)于汽車上路必須有交強(qiáng)險,。追溯應(yīng)用分兩個層面,，其一是批次追溯,，即從原材料到半成品乃至成品的追溯鏈的建立；其二是在批次追溯鏈的基礎(chǔ)上加載過程信息,，回答了誰在哪個設(shè)備 / 工位上,、什么時間做哪個工單,，使用什么批次的輸入材料又產(chǎn)出哪些批次，加工過程的工藝參數(shù)實際值是多少,，過程檢驗結(jié)果是多少等,。
工裝,、模具等生產(chǎn)輔助設(shè)施都是作為生產(chǎn)資源管理,。在做有限產(chǎn)能排產(chǎn)時，不僅考慮滿足工單交期時設(shè)備的可用性,、產(chǎn)能利用率的約束條件,，還有考慮其他生產(chǎn)資源的可用性,。此外,，另有兩個對生產(chǎn)資源的管理。既然已經(jīng)知道設(shè)備的實際產(chǎn)出數(shù)量或工作時間,，完全可以據(jù)此制定生產(chǎn)資源的預(yù)防性保養(yǎng)計劃,。生產(chǎn)資源的使用歷史評估可以了解生產(chǎn)資源對產(chǎn)品質(zhì)量,、產(chǎn)出數(shù)量的影響,。
過程參數(shù)是只有在加工過程中產(chǎn)生,，如溫度,、壓力、速度,。它們通常是連續(xù)變化的值。過程參數(shù)對產(chǎn)品質(zhì)量有影響,，必須進(jìn)行管理,，并且關(guān)聯(lián)到工單、設(shè)備和批次進(jìn)行交叉比對,，統(tǒng)計分析,。
在多品種小批量的生產(chǎn)環(huán)境中，換產(chǎn)的頻率非常高,。設(shè)備的設(shè)置參數(shù)和加工程序應(yīng)該能夠隨著工單下達(dá)到設(shè)備后也同步自動傳送到設(shè)備的控制系統(tǒng),，以減少人工出錯,。此外,，在首件生產(chǎn)時需要調(diào)試，當(dāng)工藝穩(wěn)定后,，需要從設(shè)備控制器中把更新后的設(shè)置參數(shù)上傳到中央系統(tǒng)儲存。MES在這個過程中相當(dāng)于郵遞員,，在編程系統(tǒng)和設(shè)備控制傳遞設(shè)置參數(shù),，并且對參數(shù)變化進(jìn)行比對確認(rèn),。
如同家用冰箱,，都有能耗等級標(biāo)識。德國綠色制造標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了設(shè)備本身的能耗等級作為考核設(shè)備質(zhì)量的重要評價;另一方面也考核企業(yè)使用該設(shè)備的真正能耗,。這不是簡單的生產(chǎn)車間的總體用電量抄表,，而是真實記錄每臺設(shè)備做每個產(chǎn)品的能耗,。甚至在做計劃排產(chǎn)時,，可以考慮把能耗高的產(chǎn)品排在夜班生產(chǎn)。
在提高設(shè)備績效、優(yōu)化排產(chǎn),、降低在制品庫存后，接下來就是要考慮如何進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量,。質(zhì)量是企業(yè)生存的根本，在改進(jìn)質(zhì)量問題所花的精力和成本遠(yuǎn)高于改進(jìn)設(shè)備績效,。因此，在提高生產(chǎn)效率產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益后,，用節(jié)約出來的成本去改進(jìn)質(zhì)量,。無論做任何產(chǎn)品，總是離不開來料檢驗,、過程檢驗和成品檢驗,。這些檢驗過程都是以檢驗計劃為控制,。檢驗計劃規(guī)定了對什么物料進(jìn)行檢驗,，在哪個工位檢驗,，檢驗?zāi)男┨卣髦?定量和定性),，使用什么樣的檢測設(shè)備,，檢測頻率,，樣本，檢驗特征的標(biāo)準(zhǔn)值和容差,，檢驗結(jié)果的控制圖,。
在來料區(qū)，根據(jù)收貨通知尋找檢驗計劃,，并生成檢驗工單,，執(zhí)行檢驗后,，把檢驗結(jié)果發(fā)送給倉庫,，把收貨通知單結(jié)束后向ERP上報。來料檢驗需要考慮動態(tài)抽檢,。來料檢驗的結(jié)果可以用于供應(yīng)商評估。
在生產(chǎn)過程中的檢驗也同樣由檢驗工單來驅(qū)動,。當(dāng)生產(chǎn)工單被執(zhí)行時,，系統(tǒng)自動尋找本工序的檢驗計劃，并觸發(fā)檢驗工單的生成,。檢驗結(jié)束后提供使用決策,，是否判定為廢品、返修,、降級還是讓步通過,。
對于某些行業(yè)，如醫(yī)療或汽車安全電子行業(yè),，所有的質(zhì)檢數(shù)據(jù)必須記錄使用了哪個檢測設(shè)施,。根據(jù)使用次數(shù)或檢測結(jié)果需要校準(zhǔn)檢測實施的精度。此外,，包括生產(chǎn)數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)的錄入和修改都必須滿足FDA的規(guī)范要求,，即四眼法則、電子簽名和主數(shù)據(jù)更改跟蹤等,。
FMEA是一種缺陷修正規(guī)范,。在產(chǎn)品設(shè)計時已經(jīng)定義可能發(fā)生的各種缺陷，產(chǎn)生每種缺陷的各種原因以及對應(yīng)的解決措施,。在生產(chǎn)過程中,，如果某種缺陷以預(yù)先定義的某種模式出現(xiàn)時，自動觸發(fā)相應(yīng)的解決措施,。
對于某種缺陷的解決措施的管理是在投訴管理中實現(xiàn),。投訴的缺陷可能來自生產(chǎn)過程中,，也來自終端客戶。因此,，必須要跟蹤這些投訴的處理狀態(tài),、描述投訴中的缺陷細(xì)節(jié),，更為重要的是統(tǒng)計針對缺陷解決措施的成本,。因為，解決措施可以有臨時的和長期的,，可能會有多種解決方案,。如果作為長期解決方案，必須要分析相關(guān)成本,，以做出合理的決策,。
【人員管理】
無論是多先進(jìn)的工廠，車間里總是有工人來執(zhí)行相關(guān)作業(yè),。既然已經(jīng)清晰知道設(shè)備效率,、工單達(dá)成率、物料損耗率,、良率等KPI(Key Performance Indicator關(guān)鍵績效指標(biāo)),，就完全可以據(jù)此來評估工人的績效。從管理的效果來說,，就是管理層能夠給員工分配公平的指標(biāo),，指標(biāo)的達(dá)成過程對管理層和員工雙方都是透明的，那么雙方都能接受,。筆者曾經(jīng)詢問過某一線工人如何看待企業(yè)建設(shè)MES,？該員工想了想，要是今天MES系統(tǒng)不工作,，他們就寧愿不上班了,，因為他們所有的工時、績效考核都是以系統(tǒng)數(shù)據(jù)為準(zhǔn),，而不是以主管的人為意志轉(zhuǎn)移,。
在生產(chǎn)管理領(lǐng)域，優(yōu)化車間排產(chǎn)時考慮的約束條件主要考慮工單交期,、設(shè)備產(chǎn)能,、工具和物料可用性。在此基礎(chǔ)上,，可以考慮人員資質(zhì)安排,。即首先是根據(jù)生產(chǎn)資源的限制和優(yōu)化條件(如滿足交期下?lián)Q線損失小)，將工單分配到某一設(shè)備/工位的某個時間段,。此時,，可以附加檢查人員資質(zhì),。即該工序 / 設(shè)備所需的人員資質(zhì)在已分配的時間段是否可用以及需要的數(shù)量。
接下來,，另一個問題又出現(xiàn)了,。假設(shè)通過高級排產(chǎn)，將某工單安排在10月3日,，需要A類資質(zhì)的工人三名,。企業(yè)有此類資質(zhì)的工人共五名。原則上該工單的生產(chǎn)是可以執(zhí)行的,?？墒谴藭r正處于國慶長假，具備該資質(zhì)的四名工人已經(jīng)休假,。因此,，在人力資源管理中需要綜合考慮工人的出勤管理。
有了工人的出勤管理和工單管理中的人員工時數(shù)據(jù)過賬,，可以對人員時間績效賬戶進(jìn)行管理,，并過賬給上級的HR系統(tǒng)，作為人員薪酬體系的時間成本計算基礎(chǔ),。
在某些特殊行業(yè),，還要考慮生產(chǎn)區(qū)域或生產(chǎn)設(shè)備的訪問控制?？梢詫ο嚓P(guān)人員進(jìn)行授權(quán),，并監(jiān)控受控區(qū)域中人員訪問情況。
本篇的內(nèi)容是介紹MES的業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍,，并以VDI5600為基礎(chǔ),，從生產(chǎn)、質(zhì)量和人員管理三個方面進(jìn)行邏輯性解讀,。通過這個綜合闡述,，想告訴企業(yè)用戶MES可以覆蓋的業(yè)務(wù)范圍，作為業(yè)務(wù)IT系統(tǒng)總體設(shè)計時應(yīng)該考慮周全,。然而,，在實踐中，筆者并不主張企業(yè)一開始就要把這些業(yè)務(wù)功能一股腦去放入實施計劃中,。且不說很少有專業(yè)的MES系統(tǒng)能夠具備這些應(yīng)用功能,，對于企業(yè)而言MES本身就是一個新鮮事物，如果一下子上的功能太多,，企業(yè)的內(nèi)部團(tuán)隊既無精力全盤消化,，也無法在短期內(nèi)培養(yǎng)核心能力去應(yīng)用。務(wù)實的企業(yè)都是根據(jù)實際現(xiàn)在出發(fā),，挑一兩個功能模塊開始既試驗MES產(chǎn)品性能,，也同步檢驗自身能力是否能適應(yīng)MES的管理應(yīng)用,。筆者曾經(jīng)參與一個某招標(biāo)項目，企業(yè)把各家MES廠商的功能點集中在一起,，發(fā)出一份RFP(需求規(guī)范),。這個出發(fā)點是好的，屬于總體規(guī)劃,。筆者曾經(jīng)建議客戶秉承總體規(guī)劃,、分步實施的原則，在本次招標(biāo)是關(guān)注兩個層面：宏觀層面上評價哪家產(chǎn)品的功能比較豐富,，這樣將來擴(kuò)展時成本低;本次招標(biāo)范圍應(yīng)該限定在幾個基本模塊中,，微觀層面上評價各家是否做的精細(xì)。但是企業(yè)認(rèn)為每個功能都很重要,，都必須納入本次合同報價范圍。也可以理解企業(yè)是希望一次性商務(wù)談判,，以低的成本拿下多的功能,。然而企業(yè)有沒有想過什么才是當(dāng)前需要的。如果什么都是重要的,，那么就是什么都不重要,。如同我們買車一樣，經(jīng)常性聽從銷售人員說,，加一點錢就可以導(dǎo)航,、天窗、座椅加熱,、六碟音響等配置,。但車買回去，很多功能幾乎都是不用的,，這就是投資浪費(fèi),。
然后，企業(yè)由于在本期項目中功能要求太多,，造成項目整體預(yù)算非常高,，引來各家MES廠商激烈競爭。為贏得大單,，各家紛紛殺價,。然而，當(dāng)項目開始執(zhí)行時就陷入泥潭,，討論的業(yè)務(wù)范圍太廣,，客戶對系統(tǒng)的理解也很膚淺，雙方在無數(shù)次拉鋸戰(zhàn)后筋疲力盡,，勉強(qiáng)在項目啟動一年多以后把藍(lán)圖簽掉,，草草收兵,。同期，另一家客戶選擇從工單管理和設(shè)備績效管理開始,，花四周的時間完成系統(tǒng)部署,，然后通過4周的運(yùn)行，收集實際的生產(chǎn)數(shù)據(jù),，同時用戶也能在熟悉系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,，提出更為詳細(xì)的需求，并據(jù)此優(yōu)化系統(tǒng)來實現(xiàn)業(yè)務(wù)的優(yōu)化,。同樣在一年時間里,，這家客戶分四個階段完成8個功能模塊的建設(shè)和應(yīng)用。一年后,，僅設(shè)備利用率提高一項就帶來投資回報是165萬,。正所謂少則得、多則惑,，道理就在其中,。關(guān)于MES的實施方法，筆者在后篇專題介紹,。效率的MES和WMS可以為企業(yè)構(gòu)建智能工廠,、智能排產(chǎn)、智能倉儲,，助力產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級,。
